延性金属层裂强度对温度、晶粒尺寸和加载应变率的依赖特性及其物理建模

层裂强度表征了材料内部最大动态抗拉能力,并与材料本身的力学性质以及损伤早期演化相关.建立层裂强度计算的解析表达式,深入认识层裂强度所包含的微细观物理涵义,有利于更好地优化延性金属材料的层裂强度.目前大量的实验表明:延性金属材料的层裂强度对加载拉伸应变率、温度效应以及材料初始微细观结构具有很强的依赖关系.本文基于对孔洞成核与增长的损伤早期演化特性的分析,以及对温度效应和晶粒尺寸与材料本身力学性质之间关系的分析,给出了简单、实用的层裂强度的解析物理模型,物理模型的计算结果与典型延性金属高纯铝、铜和钽的层裂强度实验结果基本符合,从而验证了我们给出的层裂强度模型具有较好的适用性和预测性.     

基于强度介质Richtmyer-Meshkov不稳定性理论的微缺陷喷射模型

采用二维多介质欧拉弹塑性流体动力学程序,对金属界面Richtmyer-Meshkov不稳定性和物质喷射进行流体动力学模拟分析,得到强度效应对界面扰动增长和物质喷射的影响特征,揭示扰动增长与物质喷射之间的内在联系.基于理想弹塑性固体界面Richtmyer-Meshkov不稳定性理论,建立强度介质微喷射形成临界判据、喷射总量和最大速度的理论模型.     

bcc-Fe刃型位错偶极子的动力学过程模拟

用分子动力学方法模拟了bcc单晶铁中滑移面为(011)晶面、柏氏矢量b-=±[100]的刃型位错偶极子吸引至湮灭的动力学过程.模拟结果显示:沿[100]晶向滑移的正刃型位错穿越Peierls势垒的方式为滑移面上方芯原子沿[111]晶向滑移,滑移面下方芯原子沿[111]晶向滑移;芯原子滑移方向分别偏转为[111]和[111]晶向,同时芯能量以格波形式释放.统计了位错运动速度和Peierls势垒随时间或两位错距离的变化.     

三角波加载下金属铝动态破坏现象的微观模拟

采用嵌入原子势模型和分子动力学方法, 模拟研究了三角波加载下金属铝动态破坏的微观过程和动力学性质. 根据原子中心对称参数变化给出了样品微结构演化过程, 解读了熔化前后破坏过程的形态差异; 基于Virial定理统计了样品中压力和温度等力学量波形, 分析了熔化前后材料的强度变化. 通过不同碰撞速度的模拟, 讨论了破碎区内物质形态和密度分布的变化, 给出了材料破坏深度的变化规律. 研究还发现, 熔化后材料的动态拉伸强度已显著降低, 而此时由声学近似推算的材料拉伸强度已明显高于内部应力直接计算结果. 关键词： 破坏 分子动力学 冲击     

冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

采用嵌入原子势分子动力学模拟方法, 研究了金属铝表面沟槽在冲击下形成微射流的微观过程和动力学性质. 通过对模拟结果的统计分析, 获得了较宽冲击压力范围内微射流形态的变化规律, 以及相应的质量-空间分布和质量-速度分布变化. 基于原子中心对称参数, 分析了样品近表面非晶态转变和卸载熔化过程, 获得了卸载熔化对微射流质量及其分布的影响规律. 研究还发现: 样品熔化之前, 微射流质量与波后粒子速度呈线性增加关系; 卸载熔化出现后, 微射流质量开始迅速增加; 当卸载熔化速度足够快时, 金属强度效应可忽略, 此时微射流质量与波后粒子速度再次表现出线性增加关系.     

材料层裂研究的主要进展

层裂是一种重要的动态损伤破坏现象,由物质界面的反射稀疏波相互作用引起,其细观尺度上的物理机制是微损伤(即微孔洞和微裂纹)的成核、生长和汇合。围绕美国物理学会George E. Duvall冲击压缩科学奖的3位获奖者Grady、Curran和Johnson的相关工作,概述层裂现象的一些主要研究进展,简要介绍层裂现象的研究历史,以期更深刻地理解那些著名的层裂物理模型和实验技术。此外,报道了最近取得的最新研究成果,阐述了冻结不同损伤水平状态的双层靶层裂实验技术与Hopkinson压杆共通的工作原理。针对微损伤成核和生长断裂破碎模型NAG/FRAG在数学上的不一致性和在物理上的不完备性,指出对于延性材料的层裂过程,只要微孔洞成核的累积数目密度满足尺寸的指数分布、微孔洞半径的生长速度与半径呈线性关系,就能够得到解析形式的损伤度演化方程,该修正模型MNAG在数学上是一致的,在物理上是完备的;对于白以龙等建立的欧拉形式的微损伤数目守恒方程,指出计算损伤度不必显式求解该方程,损伤度的表达式一般通过拉格朗日形式的微损伤数目守恒方程获得;针对损伤度函数模型或封加坡模型,以更加简洁的方法进行了推导。     

Heterogeneous fragmentation of metallic liquid microsheet with high velocity gradient

Large-scale molecular dynamics simulations are performed to study the fragmentation of metallic liquid sheets with high velocity gradient. Dynamic fragmentation of the system involves the formation of a network of fragments due to the growth and coalescence of holes, decomposition of the network into filaments, and further breakup of the filaments into spherical clusters. The final size distribution of the fragmented clusters in the large volume limit is found to obey a bilinear exponential form, which is resulted from the heterogeneous breakup of quasi-cylindrical filaments. The main factors contributing to fragmentation heterogeneity are introduced, including strain rate inhomogeneity and matter distribution nonuniformity of fragments produced during decomposition of the network structure.